環(huán)氧丙烷、輕烴等低沸點(diǎn)可燃液體儲(chǔ)罐廣泛存在于我國(guó)的石油化工企業(yè)中，目前，國(guó)內(nèi)對(duì)該類液體的生產(chǎn)量和需求量越來(lái)越大，如我國(guó)對(duì)環(huán)氧丙烷的需求量以每年12%以上的速度增長(zhǎng)。在我國(guó)，低沸點(diǎn)可燃液體儲(chǔ)罐一般設(shè)置了空氣泡沫滅火系統(tǒng)，但由于低沸點(diǎn)可燃液體的特殊性及缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)外對(duì)空氣泡沫撲救低沸點(diǎn)可燃液體的滅火性能認(rèn)識(shí)尚不深入。因此，相關(guān)規(guī)范均未對(duì)該類儲(chǔ)罐泡沫滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做明確規(guī)定，如：美國(guó)NFPA11《低倍數(shù)、中倍數(shù)、高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)》規(guī)定“沸點(diǎn)低于37.8 ℃的易燃液體應(yīng)采用較高的供給強(qiáng)度，適宜的供給強(qiáng)度應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定”；歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13565(2)-2009 規(guī)定“沸點(diǎn)低于40 ℃
的易燃液體應(yīng)采用較高的供給強(qiáng)度，適宜的供給強(qiáng)度應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定”；GB50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“沸點(diǎn)低于45 ℃的非水溶性液體，設(shè)置泡沫滅火系統(tǒng)的適用性及其泡沫混合液供給強(qiáng)度，應(yīng)由試驗(yàn)確定”。為了嘗試解決該問(wèn)題，某研究所和某公司聯(lián)合開(kāi)展了凝析油、環(huán)氧丙烷、正戊烷等低沸點(diǎn)可燃液體儲(chǔ)罐空氣泡沫滅火試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，空氣泡沫難以徹底滅火，對(duì)環(huán)氧丙烷等液體甚至無(wú)法控火。然而，隨著石化工程的大型化，低沸點(diǎn)可燃液體儲(chǔ)罐的單罐容量也越來(lái)越大，且該類儲(chǔ)罐一般和其他石油儲(chǔ)罐設(shè)置在一起，增大了儲(chǔ)罐區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性，由于沒(méi)有可靠的滅火手段，一旦發(fā)生火災(zāi)，將導(dǎo)致重大損失。因此，急需解決這一長(zhǎng)期困擾泡沫滅火技術(shù)的難題，為低沸點(diǎn)可燃液體儲(chǔ)罐提供可靠的滅火手段。
基于對(duì)空氣泡沫滅火試驗(yàn)研究和現(xiàn)有其它滅火技術(shù)的特性分析，研究小組提出用七氟丙烷滅火劑替代空氣發(fā)泡的七氟丙烷氣體泡沫滅火技術(shù)，并研發(fā)了七氟丙烷氣體泡沫滅火系統(tǒng)，同時(shí)針對(duì)環(huán)氧丙烷、正戊烷等低沸點(diǎn)可燃液體儲(chǔ)罐成功地開(kāi)展了系列滅火試驗(yàn)，為該系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件。
1 空氣泡沫滅火試驗(yàn)
1.1 試驗(yàn)液體
低沸點(diǎn)可燃液體易蒸發(fā)、飽和蒸汽壓大，靠普通空氣泡沫的覆蓋隔離作用難以完全阻止可燃蒸汽向燃燒區(qū)域的輸送，其火災(zāi)一般不易被徹底撲滅。為了研究空氣泡沫對(duì)低沸點(diǎn)可燃液體的滅火性能，選擇了三種具有代表性的低沸點(diǎn)可燃液體：凝析油、環(huán)氧丙烷和正戊烷，對(duì)三種液體分別進(jìn)行了多次滅火試驗(yàn)。
凝析油中C5~C8 占89.28%，C4 以下組份占6.5%；環(huán)氧丙烷為水溶性液體，沸點(diǎn)34.24 ℃，飽和蒸氣壓75.86 kPa(25 ℃)，閃點(diǎn)-37 ℃，爆炸極限2.8~37.0%，20 ℃時(shí)在水中溶解度40.5 g，水在環(huán)氧丙烷中的溶解度12.8 g；正戊烷沸點(diǎn)36.10 ℃，飽和蒸氣壓53.32 kPa (18.5 ℃)，閃點(diǎn)-40 ℃，爆炸極限1.7~ 9.8%。
1.2 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)基本數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。
對(duì)凝析油進(jìn)行了5次試驗(yàn)，其中有1次使用的是滅火試驗(yàn)殘油。試驗(yàn)儲(chǔ)罐直徑3.5m，深1.5 m。從試驗(yàn)情況看，泡沫混合液供給強(qiáng)度約為12.0 L/（min•m2）時(shí)，2 min 左右基本控火。但除了用滅火試驗(yàn)殘油的1 次成功滅火外，其它4 次試驗(yàn)即使泡沫混合液供給強(qiáng)度為24.0 L/（min·m2），仍不能徹底滅火，而是在一側(cè)罐壁處形成長(zhǎng)時(shí)間邊緣火，見(jiàn)圖1。另外，由于可燃蒸氣充斥于泡沫之中，使得泡沫也具有可燃性，見(jiàn)圖2。
對(duì)于環(huán)氧丙烷，是通過(guò)1.73 m2 油盤的試驗(yàn)篩選后，選擇目前滅火性能最好的6%型抗溶合成型泡沫液，進(jìn)行了1 次直徑3.5 m 儲(chǔ)罐滅火試驗(yàn)，儲(chǔ)罐深1m。
在泡沫混合液供給強(qiáng)度為11.6 L/（min•m2）時(shí)，供泡沫3 min 不能控火，之后，將泡沫混合液供給強(qiáng)度加大至22.3 L/（min•m2），1 min 后有限控火，見(jiàn)圖3。繼續(xù)供給泡沫，不但不能增強(qiáng)控火功效，且隨著時(shí)間增長(zhǎng)，環(huán)氧丙烷液體出現(xiàn)沸騰且有大量蒸汽裹挾泡沫溢出，并可聞爆鳴聲，火失控。
對(duì)正戊烷進(jìn)行了4 次試驗(yàn)，前兩次試驗(yàn)未加冷卻水，參照GB15308《泡沫滅火劑》中非水溶性液體的試驗(yàn)方法進(jìn)行，供泡5 min 未滅火，后兩次試驗(yàn)將盤壁加高至0.8 m，并在盤壁施加冷卻水，采用兩只泡沫管槍同時(shí)供泡，供給泡沫時(shí)間超過(guò)15 min，最終泡沫充滿油盤仍不能滅火，見(jiàn)圖4。
綜上，普通空氣泡沫對(duì)低沸點(diǎn)可燃液體的滅火性能不佳，即使使用較高的供給強(qiáng)度和較長(zhǎng)的供給時(shí)間，仍不能徹底滅火，對(duì)于環(huán)氧丙烷甚至無(wú)法控火。
2 系統(tǒng)組成及滅火原理
七氟丙烷氣體泡沫滅火系統(tǒng)主要由泡沫液儲(chǔ)罐、七氟丙烷儲(chǔ)罐、供水系統(tǒng)、泡沫比例混合裝置、七氟丙烷比例混合裝置、七氟丙烷氣體泡沫產(chǎn)生器、閥門和管道等部件組成。滅火系統(tǒng)啟動(dòng)后，水流通過(guò)泡沫比例混合裝置和泡沫液混和，形成泡沫混合液，泡沫混合液再經(jīng)過(guò)七氟丙烷比例混合裝置和七氟丙烷液體混合，形成一定比例的七氟丙烷液體和泡沫混合液的混合液體，該混合液體通過(guò)特制的七氟丙烷氣體泡沫產(chǎn)生器后產(chǎn)生一定倍數(shù)的七氟丙烷氣體泡沫，施加到燃液表面進(jìn)行滅火。
七氟丙烷氣體泡沫兼具空氣泡沫覆蓋隔離和七氟丙烷氣體化學(xué)抑制的雙重滅火功效。七氟丙烷氣體的密度約是空氣的6 倍，利用七氟丙烷滅火劑發(fā)出的泡沫均勻、致密，覆蓋隔離作用及抗燒性能明顯優(yōu)于空氣泡沫。另外，由于七氟丙烷的飽和蒸汽壓為0.45 MPa（25 ℃），在滅火系統(tǒng)管道內(nèi)呈液態(tài)，與泡沫混合液能充分混合且為液體單相流，便于系統(tǒng)的工程應(yīng)用。
3 七氟丙烷氣體泡沫滅火試驗(yàn)
3.1 試驗(yàn)液體
環(huán)氧丙烷和正戊烷的沸點(diǎn)分別為34.24 ℃和36.1 ℃,在低沸點(diǎn)可燃液體中，屬于滅火難度極大的液體，若七氟丙烷氣體泡沫能夠撲滅這兩種液體火災(zāi)，則亦能撲滅其他低沸點(diǎn)可燃液體火災(zāi)，同時(shí)考慮到環(huán)氧丙烷為水溶性液體，正戊烷為非水溶性液體，可代表兩種性質(zhì)不同的液體，使用抗溶泡沫液和普通泡沫液進(jìn)行試驗(yàn)。因此，選用環(huán)氧丙烷和正戊烷進(jìn)行七氟丙烷氣體泡沫滅火試驗(yàn)。
3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)
根據(jù)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)試驗(yàn)，一般液體燃料儲(chǔ)罐直徑大于2.5 m 后，直徑對(duì)液體燃料燃燒特性的影響基本趨同，另外，現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的幾種可燃液體的最小泡沫混合液供給強(qiáng)度，基本參考了面積10 m2（直徑約3.5 m）油盤火的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，選用了直徑為3.5 m 儲(chǔ)罐進(jìn)行試驗(yàn)，儲(chǔ)罐深1 m。為防止試驗(yàn)發(fā)生意外，液體外泄，在儲(chǔ)罐外圍加筑了保護(hù)水池。七氟丙烷采用壓縮氮?dú)怛?qū)動(dòng)，泡沫混合液采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)。試驗(yàn)時(shí)，罐壁采用在管道上打孔的方式進(jìn)行水冷卻。
試驗(yàn)系統(tǒng)見(jiàn)圖5。
3.3 試驗(yàn)結(jié)果
主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。對(duì)環(huán)氧丙烷進(jìn)行了2 次滅火試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果可以看到，利用七氟丙烷氣體泡沫，可以實(shí)現(xiàn)快速控火和滅火。在12 L/(min·m2)的供給強(qiáng)度下，控火時(shí)間小于2 min，滅火時(shí)間小于3 min。試驗(yàn)照片見(jiàn)圖6 和圖7。
對(duì)正戊烷進(jìn)行了2 次滅火試驗(yàn)，第一次試驗(yàn)混合液供給強(qiáng)度為6.7 L/
（min·m2），供給泡沫55 s 后控火，供給泡沫6 min30 s 時(shí)停止供泡，此時(shí)僅剩離泡沫產(chǎn)生器最遠(yuǎn)端的小部分邊緣火未滅，停止供泡5 min 后，邊緣火熄滅。第二次試驗(yàn)供給強(qiáng)為13.1 L/（min·m2），供泡1 min 后控火，2 min 后滅火。試驗(yàn)照片見(jiàn)圖8 和圖9。
在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)七氟丙烷氣體泡沫的發(fā)泡倍數(shù)和析液情況進(jìn)行了測(cè)試，當(dāng)七氟丙烷/泡沫混合液混合比在6%左右時(shí)，發(fā)泡倍數(shù)在11 倍左右，25%析液時(shí)間大于1 h。和空氣泡沫相比，七氟丙烷氣體泡沫致密，覆蓋性能好，泡沫質(zhì)量高。
上述試驗(yàn)表明，七氟丙烷氣體泡沫的滅火效率遠(yuǎn)高于空氣泡沫，以較小的強(qiáng)度供給泡沫時(shí)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)控火和滅火。
4 總結(jié)及展望
利用空氣泡沫對(duì)凝析油、環(huán)氧丙烷、正戊烷等低沸點(diǎn)可燃液體進(jìn)行的滅火試驗(yàn)表明，空氣泡沫難以徹底撲滅該類液體火災(zāi)，對(duì)環(huán)氧丙烷等液體甚至無(wú)法控火。這一試驗(yàn)結(jié)果使目前國(guó)內(nèi)外消防界對(duì)低沸點(diǎn)可燃液體火災(zāi)的撲救有了新的認(rèn)識(shí)。
利用研發(fā)的七氟丙烷氣體泡沫滅火系統(tǒng)，對(duì)環(huán)氧丙烷、正戊烷進(jìn)行的滅火試驗(yàn)表明，對(duì)于低沸點(diǎn)可燃液體，七氟丙烷氣體泡沫的滅火效率遠(yuǎn)高于空氣泡沫，應(yīng)用較低的供給強(qiáng)度在較短的時(shí)間內(nèi)即可有效撲滅該類液體火災(zāi)。七氟丙烷氣體泡沫滅火系統(tǒng)可應(yīng)用于低沸點(diǎn)可燃液體儲(chǔ)罐區(qū)，對(duì)提高該類儲(chǔ)罐區(qū)的消防安全具有積極意義。
由于七氟丙烷氣體泡沫滅火技術(shù)開(kāi)發(fā)研究時(shí)間較短，出于安全可靠的目的，目前建議的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)難免偏保守。隨著工程應(yīng)用的逐步深入，今后會(huì)在最佳滅火泡沫倍數(shù)及相應(yīng)七氟丙烷滅火劑與泡沫混合液的混合比、最佳泡沫混合液供給強(qiáng)度等方面進(jìn)行深入研究，使系統(tǒng)在安全可靠的基礎(chǔ)上經(jīng)濟(jì)合理。
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